Инновационная разработка учёных из Томского университета
Учёные из Томского политехнического университета вместе с немецкими и американскими коллегами представили общественности инновационную разработку - метод, который позволяет изучать развитие эмбрионов и проводить анализ движения внутренних структур и клеток с помощью компьютерной томографии и рентгеновского излучения.
Метод применим в молекулярной биологии, генетике, и, вероятно, поможет ответить на фундаментальные вопросы в эмбриональном развитии. Также метод будет полезен при разработке лекарств и в исследованиях заболеваний людей.
Публикация готовилась под контролем специалистов из института в Карлсруэ (Германия). Вместо применения абсорбции рентгеновского излучения учёными применялся метод, который основывается на дифракции.
«Дифракция лучей рентгеновского диапазона позволит визуализировать ткани с высокой разрешающей способностью, – говорит Ральф Хоффман, физик из института в Карлсруэ. – В работе мы не только сумели различить индивидуальные структуры клеток и их самих, но и провести анализ их миграции и динамику групп клеток, которые формируют органы. Дифракция помогает серьезно снизить дозы рентгеновских лучей, а это чрезвычайно важно в исследовании тканей живых организмов».
В исследовании изучалась ранняя стадия развития эмбриона южноафриканской лягушки. Это животное основной модельный организм в клеточной биологии, эмбриологии, нейробиологии и токсикологии. В ранней стадии развития (она называется гаструляцией) из скопления сотен клеток эмбрион превращается в многослойный, сложный организм, клетки в котором по причине дифференциации образуют нервную систему, внутренние органы и мышцы. У лягушки на этом этапе эмбрион непрозрачен и исследовать его оптическим методом, вроде микроскопии, не получится. Потому клеточные процессы, которые идут внутри эмбриона, пока изучены слабо.
«При применении рентгеновского излучения нам удалось наблюдать взаимодействие и движение отдельных клеток, коллективные процессы, вроде формирования отдельных органов, – говорит Юбин Кашеф, зоолог. – Это уникальная возможность увидеть такие процессы в развивающемся эмбрионе».
Учёные комбинировали технологии, чтобы визуализировать внутреннее строение организмов с автоматизированными алгоритмами обработки и анализа, для получения динамики эмбрионального движения клеток и их развития.
«Данные, которые получаются с детекторов рентгеновского излучения (это серия рентгеновских снимков), проходят через несколько стадий, – объясняет докторант немецкого университета и сотрудник на кафедре общей физики ТПУ Алексей Ершов. – Информация может быть проанализированна лишь после сложной обработки, сегментации и реконструкции, применения алгоритмов, вычисляющих динамику движения и трёхмерную визуализацию».
Разработка велась по проекту «UFO: Ultrafast X-ray Imaging». Целью было создание станций для экспериментов с источниками синхротронного излучения, которые могли бы обеспечить четырёхмерную томографию при высоком разрешении, и возможности по управлению и оценки эксперимента с непрерывно поступающими данными.
Сотрудничество ТПУ с университетом Карлсруэ стартовало в 1993 г. с исследований в электроэнергетике и технике с высокими напряжениями. Уже в 1995 Адольф Шваб, директор Института по энергетическим системам и высоковольтной техники в Университете Карлсруэ, стал почётным профессором в ТПУ. Сейчас сотрудничество ТПУ и ТИК идет в физике, электротехнике и электроэнергетике, нанотехнологиях, биомедицине и экологии.
Студенты с кафедры по общей физике ФТИ и АИКС ИК постоянно ездят на стажировки в Институт по фотонным исследованиям и синхротронному излучению при KIT. Выпускники ТПУ могут учиться в аспирантуре при Институте по фотонным исследованиям и синхротронному излучению при KIT.
Далее ТПУ и KIT планируют развивать академический обмен студентами и сотрудниками, практику и стажировку аспирантов, организацию научных мероприятий, и, что главное – выполнение исследовательских проектов, которые обеспечат решение глобального задач.
Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.
